锂离子电池用三维多孔碳支撑高密度Sn/C纳米复合材料的制备及其贮锂机理研究

针对锂离子电池现有石墨类负极材料存在容量偏低和安全性低，研究较多的锡类负极材料存在的不可逆容量高、循环寿命短及体积能量密度小的缺点，提出采用多孔活性碳为支撑体，将锡嵌入到多孔碳的纳米孔洞中，形成立体纳米薄膜和纳米棒，降低由于锡在锂嵌入后产生膨胀导致的不可逆容量偏高的问题和现有的锡合金及纳米薄膜材料存在的体积密度小的问题；利用广西锡资源丰富的优势，制备出高密度、高容量的三维多孔碳支撑的Sn/C纳米复合材料，为其实际应用奠定坚实的理论基础。对三维多孔碳材料的孔洞结构进行深入研究，对锡进入多孔碳孔洞的方法进行研究，对锡在多孔碳材料中的存在形态和存在结构对材料电化学性能的影响进行深入研究，以获得高体积密度和高能量密度的三维Sn/C纳米复合材料，研究复合材料结构对电化学性能影响的机理。

本项目采用碳为支撑体，制备锡碳复合材料，主要进行了以下三个方面的研究工作：（1）多孔碳的制备方法对其孔洞结构的影响。采用不同的有机碳原料如阳离子淀粉、氧化交联淀粉、可溶性淀粉等淀粉类原料和中间相碳微球，研究获得多孔碳材料的制备方法，及其孔洞结构分布与制备过程的关系，获得高比表面积的多孔碳材料：活化的AMCMB的比表面积3290.4 m2 g -1，中孔含量64.5%。（2）化学镀锡研究。包括工艺、敏化活化对纳米Sn结构的影响；研究不同温度和镀Sn液浓度对Sn/AC复合材料的影响，对复合材料的电化学过程进行深入研究，对获得的高比容量的Sn/AC复合材料的循环性能与复合材料的结构进行深入分析。（3）采用复合的方法，实现了在高温低流速的惰性气氛下通过碳化多糖碳包Sn前驱体的方法合成Sn/多孔C核壳纳米球结构。复合电极材料具有较高的可逆容量，首次可逆比容量高达553.3 mAh/g，首次充放电（脱嵌锂）效率为74.7 %；制备了SnO2@C核壳纳米链（SCNCs），研究表明适量的碳有助于1-D的SCNCs生长，碳层厚度可以通过前驱体制备中通过简单的控制水热时间。在电流密度为300mAg-1其可逆放电容量超过了760mAg-1，并且在100次充放电循环后其容量保持在85%以上。SnO2@C碳壳其纳米结构在循环后仍能保持结构的完整性，强健的碳壳有助于实现好的循环性。（3）以四氯化锡作为锡源，自制氧化石墨作为基体材料，通过化学氧化还原的方法制备出锂离子电池负极SnO2/C复合材料，对材料的性能与结构进行了初步研究。在550℃的烧结温度下制备的SnO2/C复合材料具有优良的电化学性能，首次嵌锂容量为631.6mAh/g，首次充放电效率为89.7%。